[发明专利]一种柔性应变传感器及用于监测轴承运动的测量系统

说明书

本发明属于传感器技术领域，公开了一种无线无源柔性应变传感器及用于监测轴承运动的测量系统。传感器采用柔性基底，柔性基底的正面设置有电感线圈和叉指电容，所述叉指电容设置在电感线圈的内侧，且叉指电容的一极与电感线圈的内圈相连，所述柔性基底上与电感线圈外圈和叉指电容的另一极对应的位置分别设置有一个过孔，所述所述柔性基底的背面设置有用于连接电感线圈外圈与叉指电容另一极的连线，所述电感线圈与叉指电容形成一个LC谐振回路。本发明基于LC原理进行应变测量，可以直接监测轴承运动。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种无线无源柔性应变传感器及用于监测轴承运动的测量系统。

背景技术

在过去的二十年中，应变传感器被广泛应用于航空航天，汽车，建筑，生物医学等领域。由于其能够准确检测机械变形或结构变化，因此它非常适合应力，应变和损伤测量，结构健康监测，材料疲劳测试和可穿戴设备。传统应变传感器的敏感单元主要使用刚性材料(例如金属薄膜)，且已取得了令人瞩目的进展，但金属材料受刚度的限制，决定了它们不适用于检测复杂曲面的结构变化。因此基于柔性材料的应变传感器应运而生。

轴承是一种精密的机械元件,也是各种机械设备中举足轻重的基础件。随着科技向高精尖方向迈进,对各种机械的工作性能、寿命、可靠性及经济指标提出了新的要求,对轴承的性能和质量同步提出了更高更新的要求。对精密轴承健康状况监测的应用需求逐渐增加，然而目前还没有专业的传感器可以实时监测轴承的运动变化。

发明内容

本发明针对精密轴承高速旋转的恶劣环境，研究高离心力抑制的电容式应变敏感结构，实现旋转环境下应变参数的实时精确监测，提供了一种用于监测轴承运动的无线无源柔性应变传感器及其测量系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无线无源柔性应变传感器，传感器采用柔性基底，柔性基底的正面设置有电感线圈和叉指电容，所述叉指电容设置在电感线圈的内侧，且叉指电容的一极与电感线圈的内圈相连，所述柔性基底上与电感线圈外圈和叉指电容的另一极对应的位置分别设置有一个过孔，所述所述柔性基底的背面设置有用于连接电感线圈外圈与叉指电容另一极的连线，所述电感线圈与叉指电容形成一个LC谐振回路。

所述的一种无线无源柔性应变传感器，柔性基底采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，薄膜厚度为0.2 mm。传感器的叉指电容面积为5*5mm²，叉指对数为30对，长3.5mm，线宽20μm，间距为20μm。

所述的一种无线无源柔性应变传感器，其制备方法为：利用微纳米材料沉积系统在柔性基底上使用纳米银导电墨水打印电感线圈与叉指电容。

本发明还提供了一种用于监测轴承运动的测量系统，，包括所述的一种无线无源柔性应变传感器，还包括读取天线，双电感谐振器和矢量网络分析仪，待测轴承表面使用铁氧体薄膜覆盖，所述无线无源柔性应变传感器贴于轴承之上，双电感谐振器通过电磁耦合的方式分别与传感器和读取天线连接，读取天线接于矢量网络分析仪端口，网络分析仪通过天线产生激励信号，双电感谐振器传输信号，与传感器发生耦合，从而读取出传感器所产生的频率变化与回波损耗信号。

所述双电感谐振器由两个相同的平面螺旋电感首尾连接，两电感匝数与传感器的电感相同,基底为陶瓷。

待测轴承表面覆盖的铁氧体薄膜，是通过用高导磁率的铁氧体软磁粉末制备成的柔性功能磁片，厚度为0.1mm, 适用频率为10MHz~6GMHz。